ASML：从飞利浦弃儿到光刻之王

陈永伟/文

克日，荷兰光刻机巨头ASML公布：其联席总裁兼首席实行官皮特·温宁克 (PeterWennink)及联席总裁兼首席技能官马丁·范登布林克（Mar－tinvandenBrink）将于 2024年4月24日退休。现任首席商务官兼管理委员会成员克里斯托弗·富凯（ChristopheFouquet）将大概会成为公司的下一任总裁兼 CEO——固然，这还须要颠末2024年4月24日的年度股东大会的终极允许。

温宁克和范登布林克从2013年接任ASML的总裁，至今已经十年。这十年，是ASML创建以来最光辉的十年。在这个时间点上，回顾一下这家公司从几近停业的小公司发展为业界巨头的过程，黑白常故意义的。

光刻往事

要讲ASML的故事，我们有须要先花点篇幅来先容一些与光刻技能及光刻机干系的配景知识。

严酷来说，我们将这项技能称为“光刻”是有误导性的。它并不是像许多人想象的那样用激光在硅片上刻图，而更像是一种照相曝光和印刷技能的组合。

光刻的英文是Photolithography，从构词上轻易看出，这个词脱胎于Lithography，即“石版印刷术”。

“石版印刷术”的关键之处在于用化学的方法在要画的图案上涂上油墨，而让其他地方保持空缺。与之雷同的，光刻的关键则在于用化学的方法生存硅片中须要的部门，而去掉其他的部门。所差异的是，在“石版印刷术”中，人们用的是油脂、树胶和水来实现这一点，而在光刻过程中，人们则是通过光和光刻胶来实现。

各人知道，芯片的制作过程很大程度上是一个在硅片上镌刻出复杂电路的过程。仿照石版印刷的思绪，可以先在硅片上画上想要的图案，并将它生存下来。为了到达这一点，我们须要先在硅片上涂上一层含有光致敏剂的光刻胶。然后再借用光学技能将带电路图的掩膜（mask）按比例缩小后投射到硅片上。在光照到的地方，光刻胶就会产生厘革，形成一道掩护层。在颠末曝光之后，就可以用含氯或氟的气体对硅片举行蚀刻（Etching）。如许，有掩护层的地方的硅就会生存下来，而别的部门的硅则会被腐蚀掉，我们须要的电路就被刻到了硅片上。

从汗青上看，光刻技能出现的时间比芯片还要早。1955年，贝尔实行室的科学家卡尔·弗洛希（CarlFrosch）和林肯·德里克（LincolnDerick）发现了一种对硅扩散举行外貌掩护和选择性屏蔽的技能。这种技能在硅的外貌天生凝聚态的氧化膜，并在其上面蚀刻出窗口图形。如许，杂质原子就只可以或许从窗口扩散到硅衬底中去，而覆盖了氧化膜的硅则会被掩护起来。1957年，物理学家杰伊·拉特罗普（JayLathrop）和詹姆斯·纳尔（JamesNall）通过改造的显微镜反射光线，得以将复杂的电路图缩小投射到硅片上。在发表关于这项技能的论文时，拉特罗普和纳尔将它定名为Photolithography——很显然，在定名时，他们刻意将这种技能和古老的石版印刷技能举行了类比。故意思的是，厥后拉特罗普曾以为这个名字用得并不适当，由于究竟上在加工过程中起作用的是“蚀刻”而非印刷，但这个名字是云云生动而深入民气，因而厥后不停被相沿了下来。

随着半导体产业的鼓起，光刻这种便捷、实用的硅片加工技能的需求变得越来越大，于是商业化的光刻机就有了它的市场。1961年，美国地球物理公司（GeophsicalCorporationofAmerica，简称GCA公司）的子公司大卫·曼恩公司（DavidMann）造出了天下上第一台商用光刻机——971型光刻机。固然从现在的角度看，这台光刻机的性能存在着许多不敷，但在当时，它已经可以很好地满足业界的须要。因此，包罗IBM、德州仪器，以及飞利浦公司在内的半导体产业制造企业都争相采购这款光刻机，GCA也因此得到了巨大的商业乐成。今后开始，光刻机自己也形成了一个独立的产业。

并不被看好的业务

回到ASML的故事。作为一家独立的公司，ASML创建于1984年。但在它独立之前，其前身飞利浦公司的物理实行室（简称Natlab）却已经与光刻机打了数十年的交道。

1962年底，Natlab的一个观察团赴美国观光了贝尔实行室。观光期间，贝尔的研究职员向他们展示了自己开发的半导体芯片。这些芯片的精良做工让观察团的成员们惊叹不已。观察团成员、Natlab的主任皮特·哈依曼（PietHaaijman）将一块芯片带回了欧洲，并让实行室的研究职员好好对其举行研究。一位刚入职不久的研究员弗利茨·克洛斯特曼（FritsKlostermann）在通过显微镜具体观察了这枚芯片后，感叹这个小小的元件简直就像一只“闪烁着彩虹般光彩的怪异昆虫”。

不久后，克洛斯特曼被调到了实行室的光化学研究小组。这个小组的任务是为飞利浦开发光刻机。1963年5月，飞利浦从大卫·曼恩公司重金购入了一台1080型光刻机。作为技能服务职员，克洛斯特曼对这架呆板举行了组装。通过这番实践，他具体相识了这款先辈呆板的布局，也发现了它的种种缺陷，这些都为他日后开发光刻机奠定了底子。不久之后，他又作为采购职员访问了美国多家光刻机厂，对当时各种先辈光刻机的技能特性举行了深入的相识。

1966年，克洛斯特曼终于获准自行研发光刻机。1967年，他就做出了一台重复曝光光刻机的原型机，并将其在Natlab的展览会上展出。遗憾的是，当时飞利浦的高层并不器重这个紧张的研发结果。今后，Natlab在光刻机的研发上还取得了许多结果。但遗憾的是，由于公司的高层对光刻机项目并不器重，导致这些研究结果没能很好地转化为现实的产物，更无法转化为经济收益。

扬弃和新生

上世纪80年代初，飞利浦自身的财政状态陷入逆境，出于降本增效的思量，就操持出售其光刻机等非焦点业务。早先，飞利浦的操持是让某个大型的光刻机厂商来“接盘”，但几个干系大公司都没任何爱好。

这个时间，一家名不见经传的公司“先辈半导体质料国际有限公司”（Ad－vancedSemiconductorMaterialsInter－nationalLtd.，简称ASM）出现了。ASM的首创人阿瑟·德尔·普拉多（ArthurdelPrado）出生于印尼，其父母都是荷兰人。“二战”时，他曾被关入会集营。战争竣事后，他回到荷兰，并学习了经济学和化学。随后，又赴美在哈佛商学院举行了深造。从哈佛毕业后，他游历了硅谷，眼见了半导体产业的发达发展，就回到荷兰举行创业。在他听说飞利浦故意出让光刻机业务后，曾多次找上门试图寻求互助，然而，飞利浦又岂会看得起这家新创的小公司？以是，这个互助不停没有乐成。

1983年，飞利浦的光刻机业务已几近断港绝潢。就在这时，飞利浦科学与工业部（S&I）的技能董事乔治·德·克鲁伊夫在报纸上看到了一篇先容ASM的报道。他发现，现在的ASM早已不是当初主动上门来求互助的那家小作坊，已经成为了一家在美国纳斯达克上市的大公司。于是，他赶紧向公司高层陈诉，表现可以实行和德尔·普拉多谈一下。早已为财政逆境烦恼不已的飞利浦高层此时也顾不得自持，立刻就同意了这个发起。

双方很快决定了互助方案：由飞利浦和德尔·普拉多分别出资210万美元，创建一家新的公司，双方在新公司各占50%的股份。这家新的合资公司被定名为“先辈半导体质料光刻公司”（AdvancedSemiconductorMaterialLithography），也就是厥后台甫鼎鼎的光刻巨头ASML。

走过最初的暗中

在ASML创建之初，它的日子非常不好过。这时的半导体芯片江湖已经进入了一个新的期间。从上世纪70年代末开始，日本的半导体产业开始在通产省的产业政策支持之下敏捷发展，日立、三菱、富士通、东芝、日本电气等企业强势崛起，成为整个芯片行业内举足轻重的脚色。与此同时，尼康、佳能等企业则开始进入光刻机的生产行列，并依附质优价廉将老牌的美国光刻机厂商打得节节败退。

与当时霸道生长的日本光刻机厂商相比，新生的ASML简直不敷一提。这家新公司的最初员工统共只有47人，都是从飞利浦的Natlab“优化”而来的，原来就没什么斗志。他们的办公室被安排在飞利浦大厦前的浅易木棚房内，可谓一番破败情况。

怎样才气让这个新公司实现破局呢？德尔·普拉多以为，最紧张的是要找一个靠谱的CEO。那么，谁才气胜任，而且乐意出任这个职位呢？猎头向他保举了贾特·斯密特（GjaltSmit）。

斯密特是一位布满豪情、热爱自由的人物。他是磁流体工程学硕士和天体物理博士，并曾在欧洲航天局工作。对于飞利浦来说，他着实不算新人。由于在1969年时，他曾加入这家公司，但不久后，就因受不了公司的官僚作风而辞职离开。此时，他的职位是美国电话电报公司驻荷兰的贩卖负责人。在已往的四年中，他的工作非常精彩，资助公司取得了当局的巨额订单。当德尔·普拉多见到斯密特后，立刻就被斯密特体现出的商业直觉所吸引，以为他就是自己要找的人。倒是斯密特在听说飞利浦占据ASML的一半股份后，表现出了夷由。他对德尔·普拉多说，他佩服飞利浦的技能，但在商业和营销上，那里是一团糟。不外，德尔·普拉多早已认准了斯密特就是对的人，他很快说服飞利浦方面，让斯密彪炳任ASML的CEO，而斯密特在一番推辞之后也终极担当了这个职位。

怎么才气让ASML敏捷振作起来呢？斯密特以为，最紧张的突破口是要尽快找到客户。为了探求客户，他于1984年5月尾来到了美国加州圣马特奥加入西部半导体展览会（SEMICONWest），并拜访了多家芯片巨头。拜访的结果让他沮丧。险些全部的芯片巨头都表现，他们在选择光刻机供应商时会非常在乎对方的贩卖量。缘故原由很简朴：对于利用者而言，光刻机的售后维修和保养黑白常紧张的，而只有那些贩卖量到达肯定规模的光刻机厂商才有大概负担起专业的售后团队——究竟上，日本光刻机厂商之以是可以在短时间内抢到巨大的市场份额，就是由于它们有极为精良的售后服务。然而，这统统对仍处在一穷二白阶段的ASML来说，显然是难以企及的。

不外，通过和芯片巨头们的攀谈，他也发现了一个紧张的信息：当时，芯片已经从大规模集成电路（LSI）发展到了超大规模集成电路（VLSI），芯片线路将缩小到1微米以下。假如按照摩尔定律，那么在两年之后，芯片的制作育要求可以或许实现0.7微米以下的成像，但包罗尼康、佳能、CGA在内的全部光刻机当时都还不能到达这一精度。

斯密特认识到，假如ASML可以弯道超车，率先实现这种新光刻机的生产，就可以乐成在市场上站住脚。根据ASML工程师们的估计，想要在两年内开发如许一个新光刻机，投入的本钱约莫须要1亿美元，在他们看来，ASML的董事会显然不会允许这么大的一笔投入。这时，斯密特的贩卖履历就发挥了作用。依附着他的三寸不烂之舌，董事会竟非常不测地同意了这个方案，而且让飞利浦和ASM先各拿出150万美元来作为第一笔资金。

得到了董事会的支持之后，斯密特立刻启动了操持。他预先将新产物的名字定为PAS2500，并操持在1986年的西部半导体展览会上展示新的呆板。

在斯密特的向导之下，原来一团散沙的ASML团队终于重新燃起了斗志。不外，这时间，市场的环境出现了厘革。随着经济的阑珊，芯片制造商们在购买光刻机时变得越来越审慎。这让斯密特认识到，假如完全把宝押在两年后的PAS2500上，ASML大概早就倒闭了。为了提早打开局面，他们必须先拿出一款过渡性的产物。

在ASML工程师夜以继日的积极之下，过渡性子的PAS2400仅用了半年就生产了出来。相对于当时市面上主流光刻机实用的液压机台，PAS2400接纳了Natlab的电动机台，从而可以让光刻过程中的调治更加精确。

1985年，斯密特带着PAS2400来到了西部半导体展览会举行展示。在展会上，PAS2400的体现非常精彩，整个展会期间，不停正常运作。相比之下，其他光刻机厂商演示的产物却常常出现各种题目。但只管云云，并没有任何订单在会上告竣。

进入1986年，ASML的运气似乎终于迎来了拐点。当年年初，它终于迎来了自己的第一个客户——一家叫MMI的小型芯片制造商，它购买了几台PAS2400。如许，ASML终于实现了贩卖上的零的突破。

当年5月，PAS2500也终于开发完成。当斯密特带着PAS2500来到西部半导体展览会上时，这款新产物立刻吸引了人们的注意。赛普拉斯（Cy－press）公司的CEO在看过PAS2500后，对其性能表现非常满足，并表现出了购买意向。不外，他的条件是要求ASML买一些自己公司的股票，以确保双方的长处绑定。如许，假如ASML的光刻机出了题目，它自己也会受到丧失。按照公司的规定，这有些困难。但对于变通的斯密特来说，这并不是题目，他指示公司的CFO很快向NMB银行贷款办理了股份购买的资金。

斯密特还想要更多。此前，AMD的首创人杰瑞·桑德斯（JerrySanders）曾诉苦美国产的光刻机质量太差，因而不得不购买日本的产物。斯密特知道此事后，立马让人在报纸上登广告向桑德斯“表明”说：“我们闻声了你的话，杰瑞。”在1986年的西部半导体展览会上，斯密特又切身带着资料找到了桑德斯，向其兜售PAS2500。桑德斯对PAS2500非常感爱好，但在末了一刻决定没有购买，缘故原由是行业不好，AMD也缺钱。

戏剧性的是，在一年之后，统统又峰回路转，AMD主动找到了ASML要求购买光刻机。缘故原由很古怪：AMD收购了MMI，在盘货其固定资产时，发现MMI购买的其他品牌光刻机已经不能再利用，而那几台PAS2400却依然正常工作。就如许，ASML终于靠自己过硬的质量赢得了AMD。

不外，当ASML正在向好的方向变化时，斯密特的职位却变得岌岌可危。只管已经得到了一部门订单，但由于前期的巨量投入，ASML亏损严厉，这让两家母公司不堪重负，就连德尔·普拉多也开始诉苦ASML的无止境烧钱。就在这个时间，德国的LeyboldHeraeus公司向斯密特抛出了橄榄枝，于是他就很见机地从ASML主动辞职了。

从汗青的角度看，斯密特是ASML汗青上绕不外去的一个脚色。正是他向导ASML走过了最困难的韶光，也是他为ASML注入了字斟句酌、用技能上风来霸占市场的公司精神。

逆天转运

1988年春季，ASML已经发不出工资，终极靠飞利浦投入的130万美元才委曲度过了难关。更为糟糕的是，ASM也被ASML的无止境烧钱拖垮了。为了克制公司停业，ASM不得不从ASML撤资，其在ASML中的股份与债务由飞利浦继承。

就在ASML险些走到山穷水尽的时间，一笔大单却不测地从天而降了：刚创建不久的台积电要购买17台新的PAS2500。坦率说，这笔订单多少有些关系性子。台积电创建时，飞利浦曾通过技能入股的方式得到了其27.5%的股份，因而从某种意义上讲，台积电和ASML有“兄弟”关系——不外，这种关系也有弊端，由于它在很大程度上束缚了ASML和台积电的会商空间。1988年底，当台积电的新生产线将近部署完毕时，不测遭遇了一场大火，大批原先向ASML订购的PAS2500由此受损。因此，台积电发来了新呆板的订单。然而，许多在这场火警中受损的呆板着实被粉碎程度非常小，因而ASML现实上是接纳了多数呆板，并凭空多了一大笔订单。由于有了这笔订单，ASML在光刻机市场上的份额增长到了15%。

但ASML先前倾注了巨大心血的PAS2500并没有如预期的那样受市场欢迎。到1989年年中，ASML的市场份额重新跌回了6%，在紧张光刻机厂商中位列倒数第二。而如许的缘故原由，很大程度上是随着芯片需求的增长，芯片制造商须要加工的晶圆规格已经从6英寸增长到了8英寸，但包罗PAS2500在内的全部型号ASML光刻机还不能加工8英寸的晶圆。在如许的环境下，要实现根本破局，就必须尽快搞出新产物。

这个困难的任务落到了范登布林克——也就是本文开始提到的那位即将辞任的首席技能官身上。作为新呆板的架构计划师，他被下令要在三个月内拿出新呆板的方案。临危奉命的他为了赶时间，干脆在公司对面的管帐师变乱所找了一间安静的房间，在内里夜以继日地举行工作，终于赶在限期拿出了新呆板PAS5500的方案。

和市场上盛行的全部光刻机都差异，PAS5500是一台模块化的光刻机，它的组件可以更换。由于光刻机的利用消耗非常大，以是在已往的团体架构下，芯片厂商常常会因一个零件的粉碎而更换一整台光刻机，而PAS5500的计划显然可以办理这个题目。

固然PAS5500的计划很快完成了，但第一台呆板的交货却是1991年的事了。在这中心，ASML处置处罚了大量供应链方面的题目。第一台呆板的买家是IBM，这时它已经是环球最大的半导体制造商，ASML的贩卖团队颠末了很大的积极，才敲开了它的大门。究竟证明，当乐成地把好的产物卖给如许的买家时，ASML的转机就真的来了。

1992年，ASML的营收已经从前一年的8100万美元上升到了1.19亿美元，固然由于前期研发的巨量投入，总体上依然是亏损，但幅度已经大大收窄。从1993年开始，ASML的收入就出现了飞速增长，利润也开始转正。

1995年，ASML乐成在纳斯达克上市。到此为止，这家一度濒临停业的公司已经发展为真正的光刻机巨头了。

光刻之王的加冕

那么，ASML又是怎样终极逾越尼康、佳能等日本的光刻巨头，终极加冕为光刻之王的呢？这着实多少有一点偶尔的因素。

在光刻机行业中，有一个紧张的“瑞利法则”（RayleighCriterion）：光刻机可以处置处罚的临界尺寸与利用光源的波长成正比，与数值孔径成反比。随着芯片行业的发展，制造商们须要处置处罚的电路尺寸越来越小，因而对光源的波长要求也就越来越高。

从上世纪末开始，光源的波长不停被卡在了193纳米。那么，怎么才气得到更短波长的光源呢？当时，台积电的林本坚提出了一个方案，将晶圆的光刻胶上增长1毫米厚的水，从而将193纳米的光折射成134纳米的光。基于这一原理，他提出了浸入式光刻机的构思。由于台积电和ASML的“亲缘”关系，以及已往的恒久互助，以是在这个构思提出后，呆板的制造工作就天然交给了ASML。

固然浸入式光刻机的构思非常奥妙，但从工程角度看，它并不难完成。ASML很快就按照计划制造出了134纳米波长光源的浸入式光刻机，并依附这台装备一举击败了尼康。只管险些同时，尼康颠末研发，也突破了193纳米的关口，开发出了157纳米波长光源的光刻机，但市场是暴虐的。包罗IBM、英特尔在内的许多大客户扬弃尼康，转投ASML。

但ASML并没有满足。为了巩固职位，它在开发浸入式光刻机的同时，就已经向极紫外光源，也就是EUV发起了寻衅。在这个阶段，ASML的运气可谓爆棚。当时，美国是最热心EUV研发的国家，以英特尔为代表的一些企业创建了一个EUV同盟，许多与之干系的技能和专利来自于这个同盟。但由于美国和日本之间商业关系的恶化，以是日本企业被清除在了这个同盟之外。相比之下，ASML固然也是外国公司，但思量到其人畜无害的形象，以是被接纳到了这个同盟当中。

ASML在这个同盟中得到了许多有用的信息，并很快探索出了一种新的EUV产生方法：用激光轰击锡珠，让其化为等离子态，从而产生EUV。基于这个方法，ASML于2010年推出了第一台EUV样机。

不外，将样机变为可以贩卖的商品还须要许多投入，预期的投入大概到达每年10亿欧元，以ASML的财力并没有本事独自完成这统统。为了办理这个题目，它约请了英特尔、三星和台积电入股共同研发。终于，在2013年，量产的EUV光刻机NEX:3300B面世了——也就在这一年，温宁克和范登布林克接过了公司的向导权。今后，在这两位联席总裁的向导下，ASML继承高歌猛进，于2017年推出了TWINSCANNXE:3400B，将光刻机的制程（即最小的电路栅格间隔断）从7纳米推到了5纳米。而由此，ASML的光刻霸主职位也终极确定。